Os requisitos para placas de circuito impresso em sistemas eletrônicos automotivos (3) ADAS & Condução Autônoma

Introdução

Os Sistemas Avançados de Assistência ao Condutor (ADAS) e as tecnologias de condução autónoma estão a remodelar a indústria automóvel, permitindo que os veículos percebam, analisem e respondam ao seu ambiente com crescente autonomia. Módulos-chave como radar de ondas milimétricas (24GHz/77GHz), LiDAR, sensores ultrassónicos e sistemas de câmaras formam a rede sensorial que alimenta funções como controlo de cruzeiro adaptativo, aviso de saída de faixa, travagem de emergência automática e estacionamento automático. Estes sistemas dependem da transmissão de dados de alta frequência e alta velocidade, tornando o design de PCB um fator crítico para garantir precisão, confiabilidade e desempenho em tempo real. Este artigo examina os requisitos especializados de PCB, os desafios de fabricação e as tendências emergentes em aplicações ADAS e de condução autónoma.

Visão Geral do Sistema

Os sistemas ADAS e de condução autónoma integram múltiplas tecnologias de sensores para criar uma estrutura abrangente de consciência ambiental:

• Radar (24GHz/77GHz): Opera a 24GHz para deteção de curto alcance (por exemplo, assistência ao estacionamento) e 77GHz para aplicações de longo alcance (por exemplo, controlo de cruzeiro em autoestrada), detetando a distância, velocidade e direção dos objetos.

• LiDAR: Utiliza pulsos de laser (comprimento de onda de 905–1550nm) para gerar nuvens de pontos 3D do ambiente circundante, permitindo o mapeamento preciso de obstáculos e terreno.

• Sensores Ultrassónicos: Fornecem deteção de objetos de curto alcance (tipicamente <5m) para cenários de baixa velocidade, como estacionamento, aproveitando as ondas sonoras para medir distâncias.

• Câmaras: Capturam dados visuais para reconhecimento de marcações de faixa, deteção de sinais de trânsito e identificação de pedestres, exigindo imagens de alta resolução e processamento rápido de dados.

Requisitos de Design de PCB

As PCBs ADAS e de condução autónoma devem atender a exigências técnicas únicas para suportar a operação de sensores de alto desempenho:

1. Integridade do Sinal de Alta Frequência

Sensores de alta frequência (por exemplo, radar de 77GHz) exigem PCBs otimizadas para perda mínima de sinal e transmissão precisa:

• Materiais de baixa perda: Laminados como Rogers RO4000, Megtron 6 e Tachyon são preferidos por sua baixa constante dielétrica (Dk) e fator de dissipação (Df), minimizando a atenuação do sinal em altas frequências.

• Controlo de impedância rigoroso: Manter a impedância dentro de uma tolerância de ±5% é crítico para caminhos de dados de alta velocidade, garantindo a integridade do sinal em transceptores de radar e circuitos de controlo LiDAR.

• Roteamento controlado: Caminhos de traço curtos e diretos com geometria consistente reduzem reflexões e diafonia, essencial para radar de 77GHz e interfaces de câmara multi-gigabit.

2. Miniaturização

Restrições de espaço em locais de montagem de veículos (por exemplo, para-choques, espelhos, teto) impulsionam a necessidade de designs de PCB compactos:

• Estruturas de 6–10 camadas: Estruturas multicamadas maximizam a densidade de componentes, separando as camadas de alimentação, terra e sinal para reduzir a interferência.

• Componentes de passo fino: A integração de ICs de pequena pegada e componentes passivos (por exemplo, pacotes 0402 ou menores) permite maior funcionalidade em espaço limitado.

3. Resistência Ambiental

Sensores montados externamente ou em ambientes veiculares agressivos exigem proteção robusta da PCB:

• Design à prova d'água e à prova de poeira: Revestimentos conformais e invólucros selados evitam a entrada de humidade e detritos, críticos para radar sob o para-choques e câmaras externas.

• Resistência UV: PCBs para LiDAR montado no teto ou câmaras no para-brisa devem suportar a exposição prolongada à luz solar sem degradação do material.

Tabela 1: Frequência do Sensor ADAS e Requisitos de Material da PCB

Desafios de Fabricação

A produção de PCBs para sistemas ADAS envolve engenharia de precisão para atender às exigências de alta frequência e confiabilidade:

• Gravação de PCB de micro-ondas: As antenas de radar exigem controlo de largura de linha ultrapreciso (±0,02mm) para manter os padrões de radiação e a resposta de frequência, desafiando os processos de gravação tradicionais.

• Laminação de materiais mistos: PCBs híbridas combinando FR-4 com substratos PTFE ou cerâmicos (para LiDAR e radar) exigem controlo rigoroso sobre a pressão e temperatura de laminação para evitar delaminação e garantir propriedades dielétricas uniformes.

• Roteamento de dados de alta velocidade: Interfaces como USB, Ethernet e MIPI D-PHY exigem correspondência de impedância estrita e roteamento de pares diferenciais, com o mínimo de inclinação para suportar taxas de dados multi-gigabit de câmaras e sensores.

Tabela 2: Tolerâncias de PCB para Placas ADAS de Alta Frequência

Tendências Futuras

À medida que a condução autónoma avança para níveis mais altos (L3+), o design de PCB evoluirá para suportar necessidades mais complexas de fusão de sensores e computação:

• Integração com processadores de IA: GPUs de alto desempenho e unidades de processamento neural (NPUs) serão integradas diretamente nas PCBs dos sensores, permitindo a análise de dados em tempo real e reduzindo a latência no reconhecimento de objetos.

• Módulos de fusão de sensores: A combinação de interfaces de radar, LiDAR e câmara em uma única PCB simplificará a agregação de dados, exigindo técnicas avançadas de isolamento e sincronização de sinais.

• Interfaces de alta velocidade: A adoção de PCIe Gen4/5 e 10G Ethernet permitirá uma transferência de dados mais rápida entre sensores e unidades de computação centrais, exigindo materiais de baixa perda e roteamento otimizado de pares diferenciais.

Tabela 3: Camada de PCB do Módulo ADAS

Conclusão

Os sistemas ADAS e de condução autónoma impõem exigências sem precedentes ao design de PCB, exigindo desempenho de alta frequência, miniaturização e resiliência ambiental. Com sensores operando em frequências e taxas de dados cada vez maiores, os materiais de PCB, a precisão de fabricação e a otimização do layout tornaram-se críticos para a segurança e autonomia do veículo. À medida que a indústria avança em direção à autonomia total, as PCBs continuarão a evoluir, integrando processamento de IA, fusão multi-sensor e interfaces de ultra-alta velocidade para possibilitar a próxima geração de tecnologias de condução inteligente.